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In Jena hat ein interdisziplinäres Team ein neuartiges Endoskop entwickelt, das Tumorgewebe in Echtzeit erkennt und gezielt entfernen kann.
Krebsoperationen könnten durch eine neue Technologie aus Jena zukünftig sicherer werden: Ein interdisziplinäres Forschungsteam hat ein neuartiges Endoskop entwickelt, das Tumorgewebe präzise erkennen und gezielt entfernen kann – in Echtzeit während der Operation. Die Ergebnisse der Forschungsarbeit wurden in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.
Für das neue Endoskop wurden modernste Laser- und Bildgebungsverfahren mit künstlicher Intelligenz kombiniert, was laut Team neue Möglichkeiten eröffnet, die Belastung für die Patienten zu reduzieren. Denn bisher ist die vollständige Entfernung eines Tumors, ohne dabei gesundes Gewebe zu beschädigen, oftmals die größte Herausforderung für die Krebschirurgie. Genau deshalb hat sich das Team des Leibniz-Institut für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) mit Kollegen der Friedrich-Schiller-Universität (FSU), des Universitätsklinikum Jena (UKJ) sowie der Jenaer Firma Grintech zusammengeschlossen. Das Ergebnis ist ein Endoskop, das mit Licht und künstlicher Intelligenz arbeitet, Tumorgrenzen präzise erkennt und ohne den Einsatz von Farbstoffen auskommt.
Multimodaler Ansatz
„Unsere Technologie kombiniert unterschiedliche optische Bildgebungsmethoden im Rahmen eines multimodalen Ansatzes, um die chemischen und strukturellen Eigenschaften von Gewebe in Echtzeit zu analysieren“, erklärt Prof. Dr. Jürgen Popp, wissenschaftlicher Direktor des Leibniz-IPHT und Direktor des Instituts für Physikalische Chemie der Universität Jena, der mit seinem Team seit über einem Jahrzehnt an der Technologie forscht. „Das ermöglicht es, Tumorgrenzen mit hoher Präzision zu identifizieren.“ Die Bildauswertung erfolgt durch künstliche Intelligenz, die relevante Informationen blitzschnell aufbereitet und den Operierenden zur Verfügung stellt. „Damit können Chirurgen noch während des Eingriffs fundierte Entscheidungen treffen“, ergänzt Matteo Calvarese, Erstautor der Studie und Doktorand am Leibniz-IPHT.
Das Besondere an der neuen Technologie: Diagnose und Therapie werden in einem Gerät vereint. Ein integrierter Femtosekundenlaser trägt krankes Gewebe präzise ab, ohne umliegendes, gesundes Gewebe zu schädigen. „Das Prinzip ‚erkennen und behandeln‘ ist ein großer Fortschritt, weil es Operationen sicherer macht und die Heilungschancen verbessert“, betont Prof. Dr. Orlando Guntinas-Lichius, Direktor der Klinik für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde am Universitätsklinikum Jena und Mitautor der Studie.
Weniger Folgeoperationen
„Für uns als Chirurgen bedeutet das, Tumore effektiver entfernen und gleichzeitig gesundes Gewebe besser schonen zu können. Damit könnte die Zahl von Folgeoperationen und die Belastung für die Patientinnen und Patienten erheblich reduziert werden“, ergänzt Prof. Guntinas-Lichius.
In präklinischen Tests mit Gewebeproben von 15 Patienten wurde dieses Prinzip bereits erfolgreich erprobt. Die Technologie erzielte eine Erkennungsgenauigkeit von 96 Prozent und konnte Tumorgewebe mit einer bisher unerreichten Präzision entfernen. Ein wesentlicher Beitrag zur Entwicklung der Technologie stammt von der Jenaer Firma Grintech, die die hochpräzisen miniaturisierten optischen Komponenten für das Endomikroskop entwickelte und diese zu einem gesamten Applikatorsystem montierte. Gewebestrukturen und deren chemischer Zusammensetzung in gleicher Qualität wie bei großen Labormikroskope detailliert dargestellt werden. „Unsere Optiksysteme liefern die Genauigkeit, die für die erfolgreiche Anwendung dieser Technologie für endoskopische Untersuchungen unverzichtbar ist“, erklärt Dr. Bernhard Messerschmidt, Geschäftsführer von Grintech. „Der enge Austausch zwischen Industrie, Klinik und Forschung hier in Jena hat diese Innovation erst möglich gemacht.“
Von der Forschung in die Klinik
Die Entwicklung der Technologie ist Teil des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts TheraOptik. Aktuell befindet sich die Technologie in der präklinischen Testphase. Der nächste Schritt ist eine klinische Studie mit einer größeren Patientengruppe. „Unser Ziel ist es, dass dieses lichtbasierte Verfahren in einigen Jahren standardmäßig in der Krebschirurgie eingesetzt werden kann“, erklärt Prof. Popp. Langfristig könnte die Technologie auch in anderen Bereichen wie der Dermatologie oder Neurochirurgie zum Einsatz kommen.
